基于無人機航攝測量的施工管理系統設計

陳鳳志

（北京城建亞泰建設集團有限公司，北京 100000）

隨著建筑項目規模日益增大，信息化、網絡化的施工管理系統成為研究熱點。無人機傾斜攝影技術是數字攝影測量技術中的一項重要內容[1-2]。將無人機傾斜攝影技術和施工管理系統相結合，在無人機上安裝無鏡頭相機、導航系統等，按照事先設置好的航線進行拍攝，對拍攝數據進行處理，構建三維實景模型，將拍攝范圍直觀地以三維形象進行展示，能夠提高測量的精準度和施工管理系統的效率，減少施工中的測量工作，實現無人機傾斜攝影技術在施工管理信息化中的應用[3-6]。文章基于無人機傾斜攝影技術的施工管理系統進行設計與研究，為無人機傾斜攝影技術應用于施工管理提供參考。

1 系統需求分析

1.1 系統功能需求分析

通過獲取點云數據以及空間分布坐標，將其導入BIM軟件中為工程施工提供數據支撐。

（1）施工進度管理。

負責管理施工進度，包括工程項目施工進度總計劃、單位工程進度計劃、分項目工程進度計劃、月作業計劃。

（2）控制施工進度。

負責施工進度監控，包括編制施工進度計劃表、編制內控施工進度計劃、對施工節點進行考評、施工難點技術管理。

（3）施工設備管理。

負責管理施工設備，對施工設備進行全過程管理，從采購到使用均使用信息技術管理。

（4）施工費用管理。

負責管理施工費用，包括耗材費用、施工費用管理等。

（5）施工合同管理。

負責管理施工合同，包括施工合同撰寫、簽訂等。

（6）施工BIM管理。

負責施工BIM模型構建。

（7）無人機傾斜攝影技術的施工管理。

負責施工現場數據采集。

1.2 系統非功能需求分析

（1）系統穩定性。

系統能夠平穩運行120 d，故障率低于1%；系統能夠滿足200人同時在線使用；系統占用服務器資源率低于85%。

（2）系統易用性。

該系統包含的用戶年齡階段不同，有部分用戶電腦操作不熟悉，需要使用界面簡單。

（3）強大接口。

施工管理涉及國家標準、行業標準較多，設計系統應該具有強大接口，用戶可以根據自身需求設計相應使用模塊。

2 系統功能設計

2.1 系統設計原則

（1）優化設計現有施工流程。

對現有施工流程逐一分析，找到最優條件，讓施工流程達到最優。

（2）優化設計數據庫。

建筑施工管理系統中包含大量數據存儲，需要采用科學數據設計模型，確保數據存儲合理。

（3）強化權限管理。

科學權限管理有助于施工管理。對施工中測量、審批、審核等嚴格按照權限管理方式進行。

2.2 系統架構設計

施工管理系統開發采用三層架構。界面層是由Winform技術開發的施工管理系統，包括施工進度管理界面、控制進度管理界面、施工設備管理界面、施工費用管理界面、施工合同管理界面、施工BIM管理界面、無人機傾斜攝影管理界面；業務邏輯層包括施工進度業務管理、控制進度業務邏輯管理、施工費用業務邏輯管理、施工設備業務邏輯管理、施工合同業務邏輯管理、施工BIM業務邏輯管理、無人機傾斜攝影業務邏輯管理；數據層包括無人機攝影采集數據、業務邏輯數據、基礎數據。

界面層中使用ComponentFactory.Krypton.Toolkit控件美化界面。業務邏輯層中使用數據庫添加、修改、刪除、查看等操作實現業務邏輯管理；數據層主要進行數據存儲；系統基礎數據庫、業務邏輯數據庫使用開源MySQL數據庫進行數據存儲；無人機采集數據采用SQLite數據庫存儲數據。系統中增加5G傳輸網絡模塊，能夠實現無人機采集數據及時傳輸到服務器端進行數據分析的目的。

2.3 系統功能設計

2.3.1 無人機傾斜攝影模塊設計

無人機傾斜攝影技術是利用無人機攜帶高清攝像頭從空中不同角度對施工環境進行多角度拍攝，從不同視角獲取地面建筑信息，通過數學模型進行校正，轉化為俯視影像。使用三角測量、影像密集匹配點云算法、紋理映射算法、TIN三角網構建算法等數學模型可以完成實景三維建模。

建筑施工現場施工面積相對較少，因此使用單鏡頭進行現場圖像采集。無人機傾斜攝影施工測量流程如圖1所示。

由圖1可知，在施工現場中進行控點布置，根據無人機路線進行無人機傾斜攝影，實現施工現場數據采集。對數據進行數據預處理、影像匹配、紋理映射等，制備三維模型和數字正影射圖像。整個過程需要按照國家標準、行業標準進行參數設置，從而得到施工面積、施工進度等信息。

使用無人機RTK設備測量地面像控點高程坐標和平面坐標，系統要求高程坐標與平面坐標之間坐標差的誤差小于5 cm。像控點裝置每周檢測1次，確保坐標未發生改變，若改變需要重新調整數據。

傾斜攝影數據處理軟件使用Smart3d的API，采用C#編程語言調用API接口。使用C#編程語言調用API關鍵代碼為：

2.3.2 設備管理設計

采用信息技術進行設備管理，功能主要包含設備信息添加管理、施工設備信息查看、施工設備信息修改、施工設備信息刪除管理、施工設備信息更新管理。為了提高設備管理開發效率，利用UML建模技術進行施工設備管理功能設計。

Construction_equipment，用于施工設備界面管理；Construction_equipmentDALL，用于施工設備業務邏輯管理；Construction_equipmentBLL，用于施工設備數據管理；Construction_equipmentmoble，用于施工設備數據集管理。

Construction_equipment_add（）方法中使用數據庫數據insert語句進行數據添加，例如插入設備信息使用“insert into shebei（shebeiming，…） value（）”；Construction_equipment_update（）使用數據庫update 語句進行數據更新；Construction_equipment_show（）使用數據庫語句select進行數據查詢；Construction_equipment_delete（）使用數據庫delete進行數據刪除。

施工設備管理類如圖2所示。

圖2 施工設備管理類

2.3.3 數據庫設計

無人機傾斜攝影技術的施工管理系統中數據存儲的數據庫為MySQL和SQlite數據庫。以無人機攝影技術數據存儲為例，詳細分析SQLite數據存儲。無人機攝影技術數據存儲如表1所示。

表1 無人機攝影技術數據存儲

3 系統實現

系統開發環境為Visual Studio 2019，使用Smart3d提供API進行系統二次開發，編程語言底層數據采集為C++，頂層界面展示使用C#。使用無人機結合IBM技術進行數據采集。

無人機采集得到IBM施工現場如圖3所示。

圖3 無人機采集得到IBM施工現場

4 結語

隨著信息技術不斷發展，將無人機傾斜攝影技術應用到施工管理中能夠提高施工管理效率和進度，控制項目成本。無人機攝影技術在施工管理中，需要采集大量數據，結合三維建模算法可以還原施工現場。后續可以將無人機傾斜攝影技術與BIM、人工智能技術結合，實現施工智能管理。